Il rumore e le vibrazioni nei veicoli: sfide del passato e orizzonti futuri

È chiaro che la progettazione e la costruzione di veicoli richiedono conoscenze considerevoli provenienti da un’ampia gamma di discipline. Le auto diventano sempre più complesse nel tempo e la varietà di conoscenze necessarie per costruirle aumenta in modo esponenziale. Pertanto, è ormai inevitabile considerare i livelli di rumore e vibrazioni nelle auto, dai quali gli utenti devono essere protetti per garantire il loro comfort. Questo fenomeno è abbreviato come NVH nella terminologia anglosassone.

NVH è l’argomento dell’articolo di oggi.

Che cos’è l’NVH?

L’acronimo nasconde tre termini: Noise, Vibration, Harshness, ovvero rumore, vibrazioni e urti, e il compito della nuova specializzazione è quello di eliminare questi fenomeni indesiderati durante la guida. Il rumore e le vibrazioni sono facilmente misurabili, ma lo shock è un problema relativamente soggettivo che non può essere quantificato. Pertanto, i tremori sono oggetto di ricerca psicoacustica.

Possiamo distinguere NVH esterno e interno. L’NVH esterno si occupa del rumore del veicolo ovunque, mentre l’NVH interno si occupa del comfort di passeggeri e conducente.

La particolarità di questo campo è che sebbene il rumore possa essere misurato e quantificato, l’udito umano è estremamente soggettivo, quindi può facilmente accadere che due sorgenti di rumore, apparentemente della stessa intensità, vengano percepite come completamente diverse.

Fonti di rumore

Va notato che il lavoro dei costruttori di veicoli sarebbe molto più semplice se potessero sigillare l’abitacolo contro ogni rumore: risolverebbe completamente il problema. In realtà, tuttavia, ci sono fonti di rumore, come sirene e clacson della polizia, che il conducente deve sentire. Altrimenti, si esporrebbe sia a se stesso che a coloro che lo circondano a ulteriori pericoli.

Di conseguenza, è più difficile escludere fonti di rumore realmente indesiderabili. Questi includono, ad esempio, il rumore della trasmissione o delle ruote, nonché il rumore del vento.

Propagazione del rumore

Il rumore è un suono che si propaga come un’onda. Tuttavia, si può notare che il suono si propaga solo quando la sua sorgente si trova nel mezzo appropriato per esso. Quando colpiamo la testa del chiodo con un martello, sentiamo un suono perché l’aria come mezzo trasporta le vibrazioni create dalla sorgente. Se questo impatto avvenisse nel vuoto (ad esempio nello spazio), non lo sentiremmo perché non esiste un mezzo che possa trasportare l’onda.

Allo stesso tempo, sentiremmo le vibrazioni prodotte dall’urto del chiodo e del martello sul gambo, perché il martello stesso trasferirebbe le vibrazioni alle nostre mani.

Esempi di vibrazioni trasmesse dal corpo includono:

– Rumori dei cuscinetti

– Rumori di ingranaggi

– Rumori dalla cinghia o dalla catena di trasmissione

Alcuni rumori viaggiano nell’aria. Appartengono a loro:

– Rumore degli pneumatici

– Rumore ambientale

– Rumore del motore

– Il rumore del sistema di scarico

Rilevamento della sorgente di rumore

Attualmente, tutti i principali produttori di veicoli dispongono di sale di misurazione acustica in cui utilizzano vari metodi per testare le fonti di rumore da cui il veicolo deve essere protetto.

Una delle analisi più importanti è la trasformata di Fourier, che mostra all’ingegnere quali gamme di frequenze di rumore vengono create attorno o all’interno del veicolo come risultato di una data eccitazione. Fondamentalmente, la trasformata di Fourier non è altro che la conversione di segnali registrati nel tempo a una frequenza specifica.

Questi dati aiutano a trarre conclusioni sulla fonte esatta del rumore – a cui segue l’analisi modale l’analisi energetica statistica e da molti altri passaggi in cui le fonti di rumore fornite vengono rilevate ed eliminate.

Simulazioni al computer

Come nel caso dell’analisi delle sollecitazioni, qui vengono regolarmente utilizzate simulazioni al computer per eliminare varie anomalie e livelli di rumore eccessivi, riducendo cosi i costi della produzione estremamente costosa di prototipi.

È estremamente interessante che la gamma di frequenza della sorgente di rumore possa avere un’influenza decisiva sul metodo di prova scelto. Stiamo parlando di rumore strutturale e vibrazioni qui. Se si deve studiare un dato fenomeno, ad esempio nell’intervallo inferiore a 20-30 Hz, vengono costruiti anche diversi modelli per una corretta analisi.

D’altra parte, se il fenomeno in esame si verifica a una frequenza più elevata, ad esempio sopra 1 kHz, allora il modello Statistical Energy Analysis (SEA) può essere un approccio migliore.

Ci sono innumerevoli fonti di rumore tra le due gamme citate – per esempio, il metodo degli elementi finiti vibroacustici è comunemente usato qui. Attualmente, oltre alle tecniche elencate, esistono molte altre varianti e le loro combinazioni.

Soluzioni

Cosa faranno gli ingegneri se trovano la fonte del rumore?

Una soluzione tipica per motori e altri componenti è cambiare la massa, perché questo regola la frequenza naturale del componente in modo che non trasmetta rumore.

Se la soluzione di cui sopra non è possibile, gli ingegneri cercano di smorzare il rumore, ad esempio utilizzando spugne nei passaruota o isolamento aggiuntivo, in modo che il minor rumore possibile entri nell’abitacolo.

Più recentemente, l’attenuazione del rumore utilizzando un’onda sonora della stessa forza e fase opposta dagli altoparlanti dell’auto è considerata un metodo comune nell’NVH interno. Sebbene il rumore sia ancora presente, i passeggeri non lo sentiranno a causa del suono antifase.

Perché è importante?

Oltre al comfort di guida, la NVH serve anche a proteggere la salute, poiché l’inquinamento acustico ha molti effetti dannosi:

– Perdita dell’udito

– Deterioramento dell’intelligibilità del parlato

– Disordini del sonno

– Influenza negativa sul comportamento (aggressività)

– Deterioramento della condizione fisiologica (aumento della pressione sanguigna, frequenza cardiaca)

Fonte:

• https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/noise-vibration-and-harshness
• https://en.wikipedia.org/wiki/Noise,_vibration,_and_harshness
• https://www.rehau.com/hu-hu/leghang-testhang-raupiano
• http://www.gepszakerto.hu/szakma_2010-09.htm
• https://pixabay.com/photos/ambulance-emergency-emt-traffic-3316800/